Ветеринария / 1.
д.в.н., проф. Анников В.В.1, асп.
Карпов С.В.1, д.т.н., проф., чл.-корр. РАЕ Родионов И.В.2,
асп. Абдесенед Д.1, студ. Васильева В.А.1
1ФГОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И.
Вавилова», Россия
2ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный технический
университет имени Гагарина Ю.А.», Россия
Статья подготовлена при
поддержке гранта Президента РФ
МК-1799.2011.8.
Стержневые остеофиксаторы из стали 12Х18Н9Т с термическим
металлооксидным покрытием, модифицированным наночастицами Аg и Cu: влияние
на изменение биохимических показателей крови экспериментальных животных
В статье исследованы
биохимические показатели крови экспериментальных животных (кроликов) при
смоделированном флексионном переломе костей голени и установке аппаратов
внешнего остеосинтеза с чрескостными фиксаторами стержневого типа. При
проведении внешнего остеосинтеза применялись фиксаторы из нержавеющей стали
12Х18Н9Т с термооксидным биосовместимым покрытием, модифицированным
наночастицами бактерицидных элементов – Ag и Cu.
Путем проведения клинических и биохимических исследований определялось влияние
серебро- и медьсодержащих покрытий стальных фиксаторов на процесс
восстановления кости и формирование костной
мозоли, а также на изменение показателей крови.
Ключевые слова: чрескостный
остеосинтез, стальные стержневые остеофиксаторы, термооксидное биосовместимое
покрытие с наночастицами серебра и меди, исследование биохимических показателей
крови.
В
травматологии и ортопедии, несмотря на большое количество предложенных
медико-технических средств и способов оптимизации репаративного остеогенеза врачи в практической деятельности
по-прежнему сталкиваются с проблемой длительно незаживающих переломов,
осложненной присутствием в зоне перелома патогенной микрофлоры [1].
С открытием антибиотиков и
сульфаниламидов активность использования препаратов, содержащих серебро и медь,
снизилась. Однако в последнее время противомикробные свойства ионов серебра и
меди вновь стали привлекать к себе большое внимание в связи с возможностью
эффективного практического использования этих химических элементов в качестве
модифицирующих компонентов поверхности ортопедических металлоимплантатов [2,
3].
Нередко применение препаратов,
действие которых направлено на подавление деятельности микроорганизмов с
высоким патогенным потенциалом, сопряжено со значительным числом аллергических
осложнений при проведении антибактериальной терапии, с частым токсическим действием антибиотиков на внутренние органы
и подавлением иммунитета организма, с возникновением грибкового поражения
дыхательных путей и дисбактериоза после длительной антибактериальной терапии, а
также с появлением устойчивых штаммов возбудителей к используемым антибиотикам [4, 5].
В отличие от антибиотиков к ионам серебра и меди не
развивается резистентность патогенных
микроорганизмов [6, 7]. Наночастицы серебра и меди являются
естественными антисептиками, имеющими широкий спектр антимикробного действия,
препятствуют росту и размножению вирусов, бактерий и грибов, они нетоксичны и
безопасны для высокоорганизованных форм жизни, не вызывают аллергических
осложнений и не подавляют иммунитет.
Авторскими
исследованиями доказано эффективное антибактериальное влияние ионов серебра и
меди в составе термооксидных биосовместимых покрытий остеофиксаторов на
патогенную микрофлору [6].
Вместе с тем результаты
исследований, посвященных биохимическим изменениям крови травмированных
животных при имплантации остеофиксаторов, модифицированных частицами серебра и
меди, в литературных источниках отсутствуют.
В связи с этим целью
работы являлось проведение биохимического мониторинга крови экспериментальных
животных, которым в кости конечностей были имплантированы стальные
остеофиксаторы с термическим металлооксидным покрытием, содержащим бактерицидные
наночастицы Ag и Cu, и обоснование
эффективности применения серебра и меди в
составе термооксидного покрытия стержневых остеофиксаторов.
Для клинических
экспериментов использовались лабораторные кролики породы «советская шиншилла».
Материалом исследования являлись кровь животных и стержневые чрескостные
остеофиксаторы из нержавеющей стали 12Х18Н9Т (ГОСТ 5632-72) с металлооксидным
покрытием, полученным воздушно-термическим оксидированием при температуре 5000С
и продолжительности обработки 0,5 ч, а также остеофиксаторы с термооксидными
покрытиями, модифицированными наночастицами Ag и Cu.
Животные
были сформированы по принципу аналогов в три группы по пять голов в каждой.
Кроликам первой (контрольной) группы устанавливались остеофиксаторы с термооксидным покрытием, не содержащим
бактерицидные элементы, кроликам второй (опытной) группы – остеофиксаторы с
термооксидным покрытием, модифицированным медью, кроликам третьей
(опытной) группы – остеофиксаторы, с
термооксидным покрытием, модифицированным серебром.
Биохимические
исследования крови экспериментальных животных проводились на биохимическом
анализаторе «Stat Fax 3300». Кровь для
исследования бралась из ушной вены и из вены предплечья утром натощак до
проведения операции, а также на 3-и, 15-е и 30-е сутки после проведения
операции.
При
проведении биохимического анализа крови экспериментальных животных были
установлено, что содержание аспартамаминотрансферазы (АСТ) в
крови повышается при некрозе
клеток печени любой этиологии, острых и хронических гепатитах, жировой
дистрофии и т.д. (табл.). Уровень АСТ через 3-е суток в первой (контрольной)
группе животных составил 24,7±3,7 U/l,
во второй (опытной) группе – 33,0±2,7 U/l, в
третьей (опытной) группе – 24,4±0,7 U/l.
На 15-е
сутки после операции эти значения в первой группе составили 26,5±3,3 U/l.,
во второй группе – 40,0±2,8 U/l, в
третьей группе – 18,3±1,3 U/l.
Уровень
аланинаминотрансферазы (АЛТ), которая высвобождается при повреждении ткани, особенно
при поражении печени, через 3-е суток
в первой
группе составил 71,9±0,6,6 U/l,
во второй группе – 40,1±2,7 U/l, в
третьей группе – 45,7±1,9 U/l.
На 15-е сутки после операции значения в первой группе составили 70,3±4,6 U/l,
во второй группе –27,6±2,5 U/l, в
третьей группе – 42,2±1,0 U/l.
При инфаркте миокарда возрастает активность АСТ, а при гепатитах – активность АСТ. Согласно данным табл., уровень коэффициента де Ритиса (соотношение сывороточных ферментов АСТ и АЛТ) через трое суток после операции в первой группе составил 0,4±0,04, во второй группе – 0,9±0,1, в третьей группе – 0,5±0,03.
Общий билирубин в сыворотке
увеличивается при заболеваниях печени и обструкции желчных путей. По данным
таблицы уровень общего билирубина через 3-е суток составил 5,9±0,1,
6,6±0,2 и 4,7±0,3 мкмоль/л соответственно первой, второй и третье группам
животных. На 15-е сутки после операции эти значения составили 5,9±0,3, 7,2±0,5
и 4,9±0,1 мкмоль/л соответственно группам животных.
Динамика биохимических
показателей экспериментальных животных
при имплантации стальных
остеофиксаторов (n=5,
M±m, P), *- р
≤ 0,05; **- р ≤ 0,01; ***- р ≤ 0,001
|
Показатели |
Норма
(по А. Лине- вой, 2003
г.) |
1
группа (термооксидированные остеофиксаторы, n=5) |
2
группа (термооксидированные остефиксаторы, модифицированные Cu, n=5) |
3
группа (термооксидированные остефиксаторы, модифицированные Ag, n=5) |
|||||||||
|
до
опе- рации |
3
сут. |
15
сут. |
30
сут. |
до
опе- рации |
3
сут. |
15
сут. |
30
сут. |
до
опе- рации |
3
сут. |
15
сут. |
30
сут. |
||
|
Общий
белок |
46-68г/л |
96,2
±3,2 |
103,6
±3,6 |
70,0
±8,6 |
67,6
±1,3 *** |
83,0
±7,2 |
74,2
±2,2 *** |
63,6
±1,5 |
59,8
±0,6 *** |
80,4
±6,1 * |
72,6±1,1 |
70,8±1,8 |
55,2
±2,4 *** |
|
Глюкоза |
5,9
-10,41 ммоль/л |
5,8
±1,4 |
5,9
±0,05 ** |
5,8
±0,2 |
5,6
±0,1 |
6,1
±0,2 |
6,5
±0,2 * |
5,9
±0,1 |
5,66
±0,12 |
6,4
±0,3 |
5,6±0,1 |
5,7±0,3 |
5,1±0,3 |
|
Мочевина |
6,78-15,71
ммоль/л |
6,
6±0,3 |
7,0
±0,1 |
6,86
±0,31 |
6,4
±0,1 |
6,62
±0,21 |
7,6
±0,2 ** |
6,9
±0,2 |
6,9
±0,3 |
6,5
±0,4 |
7,9±0,3 |
6,8±0,3 |
5,3±0,3 |
|
Креатинин |
106,1-159,12
ммоль/л |
124,0
±1,9 |
131,5
±1,2 |
127,6
±0,2 |
124,6
±1,0 |
120,9
±5,7 |
135,6
±5,6 |
123,5
±4,6 |
115,8
±4,4 |
128,4
±2,4 |
119,0±2,6 ** |
109,7±2,9 |
110
±4,2 |
|
АЛТ |
7-48
U/l |
64,7
±5,7 |
71,9
±6,6 ** |
70,3
±4,6 * |
54,1 ±2,5 * |
32,4
±3,1 *** |
40,1
±2,7 ** |
27,6
±2,5 ** |
37,9
±1,4 * |
43,1
±1,3 |
45,7±1,9 *** |
42,2±1,0 |
42,5
±0,7 ** |
|
АСТ |
10-53
U/l |
21,0
±2,8 * |
24,7
±3,7 |
26,5
±3,3 |
20,0
±2,1 |
34,1
±2,2 * |
33,0
±2,7 |
40,0
±2,8 ** |
20,7
±0,6 |
21,8
±1,4 |
24,4±0,7 *** |
18,3±1,3 |
20,4
±1,0 ** |
|
Холестерин |
0,44-1,09
ммоль/л |
0,7
±0,04 |
0,8
±0,04 |
0,8
±0,04 |
1,0
±0,1 |
0,72
±0,1 |
0,8
±0,1 |
0,7
±0,03 |
0,7
±0,03 |
0,7
±0,03 |
0,6±0,1 |
0,6±0,1 ** |
0,6
±0,03 |
|
Общий
билирубин |
0,1-8,7 мкмоль/л |
6,0
±0,2 |
5,9
±0,1 |
5,9
±0,3 |
6,0
±0,1 |
6,3
±0,2 |
6,6
±0,2 |
7,2
±0,5 |
6,3
±0,06 |
5,1
±0,3 |
4,7±0,3 |
4,9±0,1 ** |
4,5
±0,3 |
|
Коэффициент
де Ритиcа |
0,9-1,75 |
0,3
±0,02 ** |
0,4
±0,04 |
0,4
±0,03 |
0,5
±0,02 |
1,0
±0,1 *** |
0,9
±0,1 *** |
0,9
±0,1 ** |
0,5
±0,04 *** |
0,5
±0,02 * |
0,5±0,03 * |
0,4±0,04 |
0,5
±0,02 * |
Уровень холестерина определяется
метаболизмом жиров, который, в свою очередь, зависит от функции печени, почек,
щитовидной железы и других эндокринных органов. Установлено, что уровень холестерина через
3-е суток после операции в первой группе составил 0,8±0,04 ммоль/л, во второй
группе – 1 ммоль/л, в третьей группе – 0,6±0,1 ммоль/л (табл.). На 15-е сутки
после операции значения холестерина составили 0,8±0,04, 0,7±0,05 и 0,6±0,1 ммоль/л
соответственно номерам групп животных (табл.).
Содержание общего белка
в течение всего послеоперационного периода не выходило за рамки референтных
значений: через 3-е
суток в первой
группе животных этот показатель составил 103,6±3,6 г/л, во второй группе –
74,2±2,2 г/л, в третьей группе – 72,6±1,1 г/л. На 15-е сутки после операции
значения в первой группе составили
70,0±8,6 г/л, во второй группе – 63,6±1,5 г/л, в третьей группе – 70,8±1,8 г/л.
Через 30 суток концентрация общего белка в первой группе составила 67,6±1,3 г/л, во второй группе –
59,8±0,6 г/л, в третьей группе – 55,2±2,4 г/л (табл.).
Креатинин, являющийся
маркером фильтрационной способности почек, через 3-е суток после операции в
первой группе животных находился на уровне 131,5±1,2 ммоль/л, во второй группе
– 135,6±5,6 ммоль/л, в третьей группе – 119,0±2,6 ммоль/л. На 15-е сутки после
операции значения креатинина незначительно снизились в первой группе до
127,6±0,2 ммоль/л, во второй группе – 123,5±4,6 ммоль/л, в третьей группе –
109,7±2,9 ммоль/л.
Уровень мочевины,
который, как правило, резко повышается при нарушении выделительной функции
печени, через 3-е суток после операции в первой группе составил значения
7,0±0,2 ммоль/л, во второй группе – 7,6±0,2 ммоль/л, в третьей группе – 7,9±0,3
ммоль/л. На 15-е сутки после операции значения уровня мочевины составили
7,0±0,1, 6,9±0,2 и 6,8±0,3 ммоль/л соответственно номерам групп животных
(табл.).
Уровень сахара в крови
может колебаться при физической нагрузке, хронической интоксикации, злокачественных
новообразованиях, белковой дистрофии и т.д.
По
результатам проведенных исследований уровень сахара через 3-е суток в первой группе составил
5,9±0,05 ммоль/л, во второй группе – 6,5±0,2 ммоль/л, в третьей – 5,6±0,1
ммоль/л. На 15-е сутки после операции эти значения существенно не изменились и
составили 5,8±0,12, 5,9±0,1 и 5,7±0,3 ммоль/л соответственно номерам групп
животных.
Таким
образом, отсутствие угнетения микроциркуляции в почках, существенной
концентрации креатинина в крови экспериментальных животных через 30 суток после
операции (концентрация креатинина во второй группе составила 115,8±4,4 ммоль/л,
в третьей группе – 110,0±4,2 ммоль/л), выделительной функции почек (мочевина в
крови животных через 30 суток во второй группе находилась на уровне 6,9±0,3ммоль/л,
в третьей группе – 5,3±0,3 ммоль/л) свидетельствуют об отсутствии
нефротоксичности термооксидных серебро- и медьсодержащих покрытий
остеофиксаторов. При этом обнаружение АЛТ в пределах референтных величин через
30 суток клинического эксперимента говорит об отсутствии воспалительного
процесса в печени (табл.). Поскольку воспалительные и токсические поражения в
печени не обнаружены через месяц после
установки аппарата внешней фиксации с использованием стальных остеофиксаторов с
термическими металлооксидными покрытиями, модифицированными наночастицами Ag и Cu, то необходимо принять во внимание и
отсутствие холестатического влияния термооксидных покрытий с бактерицидными
наночастицами серебра и меди (холестерол во второй группе составил 0,7±0,03 ммоль/л, в третьей группе – 0,6±0,03 ммоль/л).
1. Анников В.В. Анатомо-хирургические аспекты оптимизации репаративного остеогенеза в условиях внешней фиксации аппаратами стержневого типа / В.В. Анников // Дис. … д-ра ветер. наук. – М., 2006. 365 с.
2. Родионов И.В. Имплантационные материалы с
антисептическими и антитромбогенными свойствами / Маtеriały V Międzynarodowej naukowi-praktycznej konferencji «Kluczowe aspekty naukowej działalności – 2009». Przemyśl, Polsкa: Nauka i studia. Vol. 8 (Medycyna). S. 3-20.
3. Родионов И.В., Анников В.В., Бердник М.И. Перспективы
применения медицинских имплантатов с оксидными покрытиями, содержащими бактерицидные
элементы / Новые технологии создания и применения биокерамики в
восстановительной медицине: Материалы международной научно-практической
конференции, 4-7 октября 2010 г. – Томск: Изд-во ТПУ, 2010. – С. 148-151.
4. Брызгунов В.С., Липин В.Н., Матросова В.Р.
Сравнительная оценка антибактериальных параметров серебряной воды и лекарств
на незапятнанных культурах бактерий и их ассоциациях / Научные тр. Казанского
мед. ин-та. 1964.
5. Шуб Г.Н., Корженевич В.И. и др. Краткий курс по медицинской
микробиологии.
6. Анников
В.В., Карпов С.В., Черевиченко В.А. Эффективность термооксидных покрытий
остеофиксаторов, обогащенных ионами серебра и меди, при оказании хирургической
помощи животным // Вопросы нормативно-правового регулирования в ветеринарии.
№4. – СПбГАВМ, 2011. С. 28 – 31.
7. Поздеев
О.К. Медицинская микробиология / Под ред. Покровского В.И. Учебник для ВУЗов.
Москва, 2001. 181 с.